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摘 要: 針對電動汽車（ EV） 低速理想車況運動, 實現了一種雙后輪獨立驅動運動控制系統。整車由兩個獨立控制的輪轂式直流無刷電機（ BLDC）驅動,直流伺服電機助力轉向（ EPS） ,并進行了直線行駛和轉彎行駛的相關理論的分析和實驗驗證。

關鍵詞: 雙輪獨立驅動; 電動汽車; 電助力轉向; 直流無刷電

Research on electric vehicle movement controlling
TANGWenyang, YOU Yiming, TAO Yin

0　前言

　　本文在現有電動汽車動力控制方法基礎上,設計并實現了一種電助力轉向與雙后輪獨立驅動相結合的模型電動車運動控制系統。該系統將電助力轉向與雙后輪輪轂電機驅動結合,省略了傳統的離合器、變速器、主減速器及差速器等部件,大大簡化了整車結構大大提高了電動汽車電氣化程度和可控制程度,充分發揮了電動汽車高度電機一體化的優勢。文中具體給出了系統各關鍵子系統的設計和控制方法,并通過臺架實驗證明了設計的有效性。

1　模型電動汽車系統總體構成

　　設計針對電動車（ EV） 理想車況低速行駛,實現了一種雙后輪獨立驅動運動模型。系統結構如圖1所示。
　　模型車前輪控制采用電助力轉向（ EPS）系統,動力由兩個后輪電機共同提供。電助力轉向驅動使用普通直流伺服電機,控制簡單;兩個后輪電機為兩個輪轂式直流無刷（BLDC）電機,能夠在提高效率的同時保證長期運行的可靠性。系統中每個電機與電控單元（ ECU）間都獨自構成一個速度閉環和電流閉環系統,這種設計可以在保持傳統汽車駕感的基礎上,省略傳統車輛的離合器、變速器、主減速器及差速器等部件,大大簡化了整車結構,提高傳動效率,并且能夠通過控制技術實現助力轉向功能,和對電動輪的電子差速控制。

2　雙后輪驅動電動汽車運動控制系統設計

　　原型電動汽車運動控制主要需要解決以下兩個問題:一是助力轉向系統控制問題;二是對兩個獨立驅動輪的協調控制問題。

2. 1　助力轉向控制

　　電動助力轉向工作過程如下:首先,轉矩傳感器測出駕駛員施加在轉向盤上的操縱力矩,車速傳感器測出車輛當前的行駛速度,然后將這兩個信號傳遞給ECU; ECU根據內置的控制策略,計算出理想的目標助力力矩,轉化為電流指令給電機;然后,電機產生的助力力矩經減速機構放大作用在機械式轉向系統上,和駕駛員的操縱力矩一起克服轉向阻力矩,實現車輛的轉向。
　　助力電機控制策略采用助力電機電流的閉環給定控制,其控制功能結構框圖見圖2。

2. 2　兩驅動輪控制

　　采用雙后輪獨立驅動方案,每個驅動輪都能獨立提供驅動力,功率可以按需要獨立分配,其差速功能可以由軟件完成,實現電子式差速。
　　要判斷駕駛員的駕駛意圖是直駛還是轉向,方向盤轉角θ是一個重要參數。策略中引入方向盤自由行程角ε這樣一個標志量,當|θ| > ε 時,車輛電控單元（ECU）認為駕駛意圖為轉向,否則為直駛。無論是直駛控制策略還是轉向控制策略,其關鍵點還是通過對目標轉速ni1和ni2的調節來實現對兩側電機的控制,從而達到對車體行走軌跡的操控。雙電機協調控制方框圖見圖3。

3　實驗結果

　　根據上述控制策略,編寫了車輛控電子控制單元（ ECU）的控制程序并進行了架起試驗測試,部分實驗結果如圖5 所示,大致可以分為以下幾個階段:
1） a點之前,車輛直線行駛。
2）a、b點之間,駕駛員迅速向左打方向盤至一較大角度Θ,然后保持方向盤位置不變,車輛開始向左轉向。電機1轉速n1保持不變,電機2轉速n2向下調整,直至達到目標速差。
3） b、c點之間,方向盤位置保持上一階段的位置不變,電機1和電機2保持穩定速差,車輛進行轉向。
4） c、e點之間,方向盤回到中間位置,駕駛員意圖直駛,此時電機1轉速n1向下調整,電機2轉速n2向上調制,兩者在d點匯合;經過de段的調整后在E點達到基本一致。
5） e、f點之間是一段加速過程,使車速達到轉向前的速度值。
6） f點之后是車輛保持直線行駛。

4　結語

　　設計實現了一種電助力轉向與雙后輪驅動技術結合的電動車輛運動控制模型,提出以角度、速度控制為基礎的雙輪轂電機協調控制策略,為使用雙后驅電動車輛的穩定行駛問題提供了解決方案。臺架試驗結果表明:該控制策略可以較好的滿足車輛的直線行駛和轉向行駛控制要求,證明了設計的有效性。

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